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शहद और अन्य अत्यधिक चिपचिपे तरल पदार्थ विशेष रूप से लेपित केशिकाओं में पानी की तुलना में अधिक तेजी से बहते हैं। यह आश्चर्यजनक खोज फिनलैंड के आल्टो विश्वविद्यालय में माजा वुकोवैक और उनके सहयोगियों द्वारा की गई, जिन्होंने यह भी दिखाया कि यह प्रतिकूल प्रभाव अधिक चिपचिपी बूंदों के भीतर आंतरिक प्रवाह के दमन से उत्पन्न होता है। उनके परिणाम सुपरहाइड्रोफोबिक केशिकाओं में तरल पदार्थ कैसे बहते हैं, इसके वर्तमान सैद्धांतिक मॉडल का सीधे तौर पर खंडन करते हैं।
माइक्रोफ्लुइडिक्स के क्षेत्र में केशिकाओं के कसकर बंद क्षेत्रों के माध्यम से तरल पदार्थ के प्रवाह को नियंत्रित करना शामिल है - आमतौर पर चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए उपकरणों के निर्माण के लिए। कम चिपचिपापन वाले तरल पदार्थ माइक्रोफ्लुइडिक्स के लिए सबसे अच्छे होते हैं क्योंकि वे जल्दी और आसानी से प्रवाहित होते हैं। अधिक चिपचिपे तरल पदार्थों को उच्च दबाव पर चलाकर इस्तेमाल किया जा सकता है, लेकिन इससे नाजुक केशिका संरचनाओं में यांत्रिक तनाव बढ़ जाता है - जिससे विफलता हो सकती है।
वैकल्पिक रूप से, प्रवाह को सुपरहाइड्रोफोबिक कोटिंग का उपयोग करके तेज किया जा सकता है जिसमें सूक्ष्म और नैनो संरचनाएं होती हैं जो वायु कुशन को फंसाती हैं। ये कुशन तरल और सतह के बीच संपर्क क्षेत्र को काफी कम कर देते हैं, जो बदले में घर्षण को कम करता है - जिससे प्रवाह 65% बढ़ जाता है। हालांकि, वर्तमान सिद्धांत के अनुसार, ये प्रवाह दरें बढ़ती चिपचिपाहट के साथ कम होती रहती हैं।
वुकोवैक की टीम ने इस सिद्धांत का परीक्षण अलग-अलग श्यानता वाली बूंदों को देखकर किया, क्योंकि गुरुत्वाकर्षण उन्हें सुपरहाइड्रोफोबिक आंतरिक कोटिंग्स के साथ ऊर्ध्वाधर केशिकाओं से खींचता है। जब वे निरंतर गति से यात्रा करते हैं, तो बूंदें उनके नीचे की हवा को संपीड़ित करती हैं, जिससे पिस्टन में दबाव प्रवणता के बराबर दबाव प्रवणता पैदा होती है।
जबकि बूंदें खुली नलियों में श्यानता और प्रवाह दर के बीच अपेक्षित विपरीत संबंध दर्शाती हैं, जब एक या दोनों छोरों को सील कर दिया जाता है, तो नियम पूरी तरह से उलट जाते हैं। यह प्रभाव ग्लिसरॉल की बूंदों के साथ सबसे अधिक स्पष्ट था - भले ही वे पानी की तुलना में 3 गुना अधिक चिपचिपी थीं, लेकिन वे पानी की तुलना में 10 गुना अधिक तेजी से बहती थीं।
इस प्रभाव के पीछे के भौतिकी को उजागर करने के लिए, वुकोवैक की टीम ने बूंदों में ट्रेसर कणों को प्रवेश कराया। समय के साथ कणों की गति ने कम चिपचिपी बूंद के भीतर एक तेज आंतरिक प्रवाह का खुलासा किया। ये प्रवाह कोटिंग में सूक्ष्म और नैनो-पैमाने की संरचनाओं में तरल पदार्थ के प्रवेश का कारण बनते हैं। यह वायु कुशन की मोटाई को कम करता है, जिससे दबाव ढाल को संतुलित करने के लिए बूंद के नीचे दबाव वाली हवा को निचोड़ने से रोका जाता है। इसके विपरीत, ग्लिसरीन में लगभग कोई बोधगम्य आंतरिक प्रवाह नहीं होता है, जो कोटिंग में इसके प्रवेश को बाधित करता है। इसके परिणामस्वरूप एक मोटा वायु कुशन होता है, जिससे बूंद के नीचे की हवा को एक तरफ जाने में आसानी होती है।
अपने अवलोकनों का उपयोग करते हुए, टीम ने एक अद्यतन हाइड्रोडायनामिक मॉडल विकसित किया है जो बेहतर ढंग से भविष्यवाणी करता है कि बूंदें विभिन्न सुपरहाइड्रोफोबिक कोटिंग्स के साथ केशिकाओं के माध्यम से कैसे आगे बढ़ती हैं। आगे के काम के साथ, उनके निष्कर्ष जटिल रसायनों और दवाओं को संभालने में सक्षम माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों को बनाने के नए तरीकों की ओर ले जा सकते हैं।
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